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1.雷达液位计简述
1.1雷达液位计测量原理及分类
雷达液位计的工作原理仅涉及到发射、反发射和接收三个步骤,相对较为简单。利用高频电磁波原理,电磁波信号从天线设备的末端发出,当接触到被测物质的表面后,就会立即形成反射回波信号,并被天线所接收。根据发生脉冲与接收脉冲所用时差,准确的计算出天线与被测介质表面之间的距离,从而对罐区的液位实现最终测量。雷达液位计由发射装置、天线、接收裝置、信号处理单元、显示单元等几个部分构成。根据测量原理不同,雷达液位计可分为以下三种,分别是脉冲雷达、射频连续波雷达和导波雷达,也可称为时差式和频差式。通常射频连续波雷达液位计是采用频差式测量液位的;脉冲雷达计和导波雷达计采用时差式测量的。另外,按传感器分为缆式、杆式、喇叭口/抛物面/平面、同轴、卫生型;根据电磁波的频率又可分为高频、中频和低频;根据工况可分为高温和防腐两种。下面重点介绍三种类型雷达液位计。
(1)导波雷达液位计
导波雷达液位计属于接触式测量,借助时域反射技术引导电子单元所发出的微波脉冲顺着导波杆进行传输,当微波脉冲接触到被测介质时,会发出反射信号,并由电子部件来进行接收。系统对发射到接收之间的间隔时间做出计算,将其转换成被测介质的距离或高度,即通过对发生脉冲和反射脉冲的时间差的测量液位的。这种时差式测量方法中发射频率为固定值。
导波雷达适用于测量液态或液界面,如低介电、酸的有机溶剂、酸、水货油水界面等等。在测量过程中应注意以下事项:①尽量将介电常数低的介质放置于上部;②两种液体相互间的介电差异不可低于10;③上层介质的介电常数必须是已知数,这一参数可通过现场测定得知;④上层介质的介电常数决定了介质的厚度;⑤上层介电常数小于3为其下限,下层介电常数大于20为其上限;⑥液位测量和界面测量可同时进行。
非接触式雷达液位计
非接触式雷达液位计包括两种类型,其一是脉冲雷达液位计,另一种为调频连续雷达液位计。
脉冲雷达液位计。主要是借助电子单元,利用天线系统向外发射出极其狭窄的微波脉冲,脉冲在短时间内以光速进行传播,当受到被测介质的阻碍后,部分能量会形成反射波形被天线系统迅速接收。随后将发射脉冲与接收脉冲之间的间隔时间转化成被测介质与天线相互间的距离长度。脉冲雷达测量的间隔时间极小,因此需要借助时间拓展技术,将测量精准度控制在5~10mm之间。发射脉冲和接收脉冲相互的时间间隔与被测介质表面与雷达天线相互间的距离呈正相关。通过对发射脉冲和反射脉冲之间的时间差进行测量,再通过相应公式进行计算,就可以得出被测介质表面与探头之间的距离。
调频连续波雷达液位计。雷达天线向外持续发出可调制频率的电磁波波长信号,当受到被测介质液面阻碍时,会迅速将电磁信号反射回雷达天线,将雷达天线接收到的反射信号频率与发射频率信号相比较,并将频率差转换成被测介质表面到雷达天线之间的距离。这类雷达液位计发射波频率不固定为一等幅可调频率,且通过发射波和反射波频率差值与被测液位比例关系推算出液位。该种测量方式的精准度可到达1mm。
从上述雷达液位计的测量原理不难看出,脉冲式雷达液位计的测量精度会随着测量距离的逐渐增加而持续下降,而调频连续波雷达液位计的测量精确度更高,能够将干扰回波有效去除,可适用于对计量精准度有着较高要求的大型储罐测量。
1.2雷达液位计的特征
(1)导波雷达液位计的测量特征:①没有活动的机械零部件,后期维护成本较低;②安装简单方便,适用于罐顶安装以及旁路管的顶部安装;③适用于界面、液面、粉末状小颗粒固料等多种介质测量;④测量精准度不会受到介质PH值和密度等物理参数的影响;⑤适用于低温、高温、高压和蒸汽等多种场合测量。导波雷达液位计可用于测量尺寸较小的容器,也可用于测量各种尺寸的储罐或旁通管,还可以测量各种粉末状介质。在测量过程中,微波还会顺着导波管向下进行传导,因此在导波管周围要尽量避免物料的堆积和金属干扰。导波雷达具有先进的诊断性能,可以对导波杆聚集物进行有效检测。
(2)非接触式雷达液位计测量特征:①不存在活动的机械零部件,后期维护成本较低;②安装简单方便,可适用于罐顶安装;③适用于固体、液体、黏稠或腐蚀性介质的测量;④适用于低温、高温、高压和蒸汽场合测量;⑤可采用聚四氟乙烯进行密封,与测量过程相互隔离;⑥调频连续波雷达液位计可以发出更强的微波射频,适用于对测量精准度有极高要求的介质测量。
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